- MIT는 물리적 접촉 없이 양자 칩 간의 통신을 가능하게 하는 도파관을 개발했습니다.
- 이 시스템은 마이크로파 광자와 원격 양자 얽힘을 사용합니다.
- 우나 IA 광자의 모양을 최적화하여 흡수를 개선하고 오류를 줄입니다.
- 이 획기적인 기술은 확장 가능하고 오류 방지가 가능한 양자 네트워크의 생성을 용이하게 합니다.
매사추세츠 공과대학(MIT)의 최근 획기적인 성과 이는 양자 컴퓨팅의 가장 큰 과제 중 하나인, 직접적인 물리적 접촉 없이 여러 프로세서를 연결하는 것에 대한 솔루션을 제공합니다. 이러한 혁신은 미래의 양자 컴퓨터의 설계 방식을 근본적으로 바꾸어 더 확장 가능하고, 효율적이며, 오류가 덜한 시스템을 만드는 길을 열 것입니다. 양자 컴퓨팅에 관심이 있다면 다음 내용을 자세히 읽어보세요. 양자 통신이란?.
계속해서 물리적 지점 간 연결에 의존하는 대신 —노드의 거리나 수가 증가함에 따라 노이즈와 오류가 발생하는 문제를 해결하고자, 연구자들은 양자 칩이 마이크로파 광자를 사용하여 정보를 교환할 수 있는 새로운 시스템을 개발했습니다. 이 메커니즘은 양자 얽힘 현상을 이용해 이들 모듈 간에 비접촉식 상호 연결을 생성합니다.
초전도도파관을 통한 "양자 고속도로"
이 혁신의 핵심 구성 요소는 광파도관 역할을 하는 초전도 케이블입니다.. 이 채널을 사용하면 추가 케이블이나 직접적인 접촉 없이도 서로 다른 양자 모듈 간에 광자를 전송할 수 있습니다. 각 모듈에는 광파도관과 메인 프로세서 사이의 인터페이스 역할을 하는 4개의 큐비트가 장착되어 있습니다.
광자는 이 가이드를 제어된 방식으로 이동합니다., 그리고 사전 정의된 방향에 따라 큐비트에 의해 방출되고 수집됩니다. 이러한 유연성은 인근 노드 간의 연결만 허용하는 현재 구성의 한계를 크게 줄여줍니다.
아지자 알마나클리MIT 대학원생이자 이 연구의 주저자인 그는 이 시스템이 "다양한 주파수, 시간, 심지어 방향에서도 유연한 연결을 허용"하여 보다 역동적이고 적응 가능한 아키텍처로의 문을 열었다고 설명했습니다. 이 개발은 해당 분야의 다른 발전에 추가됩니다. 양자 광자 칩.
멀리 얽힌 관계: 이론과 실제 사이
이 실험에서 가장 눈에 띄는 측면 중 하나는 원격으로 양자 얽힘을 수행하는 기술을 구현한 것입니다.. 이를 위해 연구진은 광자가 방출되는 중간에 광자의 전달을 멈추는 방법을 개발했습니다. 이런 식으로 광자는 방출되지도 완전히 유지되지도 않습니다. 양자적 관점에서 보면 이는 동시에 두 가지 상태에 존재하는 것을 의미합니다.
결과적으로 수신 모듈이 이 "광자의 절반"을 흡수하자마자두 시스템이 서로 얽히게 됩니다. 즉, 이들의 상태가 양자적으로 동기화되어 물리적으로 직접 연결되지 않고도 정보를 공유할 수 있게 됩니다. 이 획기적인 발전은 다음과 같은 미래 응용 분야에 큰 잠재력을 제공합니다. AWS Ocelot 양자 칩.
이러한 현상은 이론적으로나 엄격히 통제된 실험실 조건에서 이미 관찰된 적이 있지만, 실제 양자 프로세서 상호 연결 시스템에 기능적으로 성공적으로 통합된 적은 없었습니다.
머신러닝 알고리즘을 통한 오류 감소
양자 컴퓨팅의 가장 큰 문제 중 하나는 높은 오류율입니다. 큐비트의 극도로 민감한 특성과 주변 환경의 간섭으로 인해. 이 프로젝트에서 성공의 일부는 알고리즘에 기반을 두고 있습니다. 인공 지능 이는 방출되는 광자의 모양을 개선하고 이후 수신 모듈에서 흡수되는 방식을 개선하는 데 도움이 되었습니다.
이 알고리즘은 강화 학습 기술을 사용하여 마이크로파 펄스를 조정했습니다. 큐비트를 제어하는 것. 이러한 조정을 통해 광자는 왜곡 없이 흡수될 가능성을 최대화하는 정확한 방향으로 이동할 수 있습니다. 연구진은 이 기술을 적용한 후 60%의 흡수율을 달성했는데, 이는 다른 기술을 통해 일반적으로 달성되는 흡수율을 훨씬 뛰어넘는 수치입니다.
이러한 수준의 효율성은 시스템의 실행 가능성을 입증할 뿐만 아니라하지만 더 크고 복잡한 네트워크로 확장될 가능성도 높아집니다. 저자에 따르면, 이 계획에 따라 여러 모듈을 구현하면 추가적인 물리적 링크를 추가할 필요 없이 "전체 대 전체" 아키텍처의 양자 네트워크를 설계할 수 있습니다. 이 아이디어는 다음과 같은 관점과 일치합니다. 오로라 양자 컴퓨터.
잠재적 응용 분야 및 미래 비전
MIT가 개발한 시스템은 두 개의 양자 칩에만 국한되지 않습니다.. 모듈형 설계 덕분에 동일한 광파도를 따라 여러 개의 프로세서를 추가할 수 있습니다. 이러한 모듈은 공통적이고 유연한 프로토콜을 기반으로 하기 때문에 배타적 연결을 구성하거나 재구성할 필요 없이 다른 모듈과 통신할 수 있습니다. 하드웨어 기존.
사실, 일반화된 연결성의 이 속성 덕분에 전문가들은 이 시스템을 적용하면 미래의 양자 인터넷을 구축할 수 있다고 제안한다.. 이러한 유형의 네트워크는 양자 정보를 컴퓨터, 센서 또는 노드 간에 안전하고 거의 실시간으로 배포합니다.
또한, 원격 얽힘 방법은 하이브리드 시스템에 유용할 수 있습니다.여러 유형의 큐비트(이온 트랩 큐비트나 중성 원자 기반 큐비트 등)가 단일 네트워크에 결합된 것입니다. 이러한 목표를 달성하기 위해서는 해야 할 일이 아직 많지만, MIT가 보여준 기본 원칙은 핵심적인 단계를 나타냅니다. 이러한 양자 칩의 조합은 미래를 재정의할 수 있습니다. 중국의 양자 컴퓨팅.
베아트리스 얀켈레비치또 다른 연구원인 그는 "광자가 여행을 마친 후에도 큐비트는 상관관계를 유지하여 마치 바로 옆에 있는 것처럼 멀리 있는 칩에서 병렬 작업이 가능합니다."라고 설명했습니다.
연구자들이 고려하고 있는 미래의 개선 사항 중 하나는 3차원 모듈을 통합하는 것인데, 이는 손실 지점이 적은 더욱 컴팩트한 구조로 고전적인 초전도 케이블을 대체할 것입니다. 또한, 각 전송 중에 오류가 누적되는 것을 최소화하기 위해 통신 프로토콜을 단축하는 작업도 진행 중입니다.
이 연구는 Nature Physics 저널에 게재되었습니다. AWS 양자 컴퓨팅 센터, 미 육군 연구실, 공군 과학 사무국 등의 기관으로부터 지원을 받았습니다.
MIT가 도입한 비접촉식 양자 버스 개발부터 정보 전송 최적화를 위한 AI 알고리즘 활용까지, 수많은 혁신 덕분에 양자 컴퓨팅 환경은 큰 전환점을 맞이했습니다. 이러한 획기적인 발전은 개별 칩 간의 통신을 개선할 뿐만 아니라, 현재의 물리적 한계 없이 확장 가능한 차세대 양자 컴퓨터의 모습을 보여줍니다. 원격으로 큐비트를 얽어매고, 데이터를 유연하게 전송하며, 오류를 줄입니다. 이를 통해 과학 및 산업 분야는 물론 암호화나 인공지능과 같은 분야에서도 실용적으로 사용할 수 있는 훨씬 더 실행 가능한 아키텍처가 탄생합니다.
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